考虑负摩阻力的大直径桩计划

考虑负摩阻力影响的大直径桩设计摘要分析了桩基础工作中负摩阻力的产生机理及其危害，并对其引起的下拉荷载进行了计算，以工程实例对结果进行了分析比较。关键词负摩阻力有效桩长一、负摩阻力的产生机理及其危害桩基础周围存在欠固结土、新近沉积土、可液化土及湿陷性土层时，在桩基工作过程中，桩周土中会渐次产生负摩阻力。桩周产生负摩阻力问题，在我国工程实践中已变成一个热点问题，不少建筑物桩基由于存在上述三类问题的条件之一而出现沉降、开裂、倾斜，以致有的无法使用而拆除，或花费大量经济进行加固，等等。反之，有的工程设计中对负摩阻力予以考虑而采取了措施则避免了事故。1、对于摩擦型桩基，当出现负摩阻力对基桩下拉荷载时，由于持力层压缩层较大，随之引起沉降。桩基沉降一出现，土对桩的相对位移减少，负摩阻力便于工作降低，直至转化为零。因此一般情况下对于摩擦型桩基，可近似视中性点以上侧阻力为零计算桩基承载力。2、对于端承型桩基，由于其桩端持力层较坚硬，受负摩阻力引起下拉荷载后不致产生沉降或沉降量较小，此时负摩阻力将长期作用于桩身中性点以上侧表面。因此应计算中性点以上负摩阻力形成的下拉荷载，并以下拉荷载作为外荷载的一部分验算桩基承载力。负摩阻力现象说明图负摩阻力对于桩基承载力和沉降的影响随侧阻力与端阻力分担荷载比、建筑物各桩基周围土层沉降的均匀性、建筑物对不均匀沉降的敏感度而异，因此对于考虑负摩阻力验算承载力和沉降也有所区别。由于下拉荷载的计算是以负摩阻力、中性点位置均达理论最大值的假定为基础的。实际上由于桩身材料的弹性压缩、桩端持力层的压缩引起桩基一定沉降，导致摩阻力小于理论最大值。因此在以往定值设计中将安全系数降低，即由正常状态的K=2降至K=1.2～1.3。由是可以推理出：式中为桩轴向压力标准值。若取荷载分项系数加权平均值，抗力分项系数，则得：考虑到建筑物重要性系数，则由上式可得概率极限状态的承载力验算表达式：负摩阻力作用必然加大桩基沉降。当建筑物各桩基周围土层的沉降均匀，且建筑物对不均匀沉降敏感时，负摩阻力引起的沉降不致危害建筑物的正常使用，因此可不必验算沉降。但对于各桩基周围受到不均匀堆载、不均匀降水或土层自身不均匀时，将出现不均匀沉降，各桩基因负摩阻力产生的下拉荷载和沉降也会是不均匀的。因此需考虑负摩阻力验算桩基沉降。二、规范规定考虑负摩阻力的条件1、国家行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）的规定第一类情况为桩周土在自重作用下固结沉降或浸水导致结构破坏强度降低而固结；第二类情况为外界荷载作用导致桩周土固结沉降；第三类情况为因降水导致有效应力增大而固结。对于端承型桩基尚应考虑负摩阻力引起基桩下拉荷载。攀2巴、北京业市标准灰《北京驼地区大尊直径灌全注桩技柳术规程蚁》的规馅定绪在确定取单桩承割载力时撕，若桩钻周有人寿工填土农、淤泥踏、新近少沉积土揉以及可盯液化土例层时，攻则不计跃算上述动土层的搭桩周摩萌擦力。惹当桩端灾扩大且储桩长小捐于漠6.0有0述m迫时可不捷考虑桩导周摩擦嚷力。当蛇建筑场啄区有大蜜面积新雕填土或沉地面堆即载以及饺人工降爬低地下煌水位时瑞，需考掌虑由此驱而造成伤桩周摩桑擦力对帮单桩承都载力的袭影响。子由此可弓见，两枣种规范汇规程对浓负摩阻政力的危呢害都给借予了高的度重视锣，都规轨定了在鸽必要条巩件下考报虑负摩蚂阻力的字的条款驶。模三、关田于负摩锁阻力引但起下拉压荷载的任计算戏影响负铲摩阻力箭的因素放很多，病诸如桩禁侧与桩米端土的忌变形与触强度性直质、土颠层的应荐力历史丑、地面清的堆载条大小与软范围、瞒降低地本下水位距的范围棍与深度夏、桩顶许荷载施骗加时间摸与发生俩负摩阻茄力的时罩间之间谜的关系割、桩的装类型与糕成桩工化艺等。顽因此，眉精确计筑算负摩脂阻力是贞复杂而成困难的帽。迄今侮国内外驶学者提龙出的计赢算方法链与公式寇都是近陶似的和舟经验性竟的。共多数学糠者认为死桩侧负遥摩阻力册的大小梢与桩侧飞土的有盐效应力浓有关，瘦不同负烤摩阻力世计算式矛中也多种反映出本有效应昆力因素紫。根据羊大量试毫验与工悲程实测兼结果表哈明，以喊有效应暴力法较源接近实冰际。因湿此本规塘范规定件如下有助效应力辨法为负况摩阻力仙标准值烈计算法面。式中把--简-加第讨I蹄层土桩紫侧负摩借阻力标讲准值；浑k--奥---用-欣土的侧右压力系删数；协---畅-伞-贡土的有福效内摩本擦角；旦---夹-愉-配第野I今层土的胳有效平王均竖向胃有效应薯力；名---栋--昌-锈负摩阻集力系数个；骄与土的刊类别和寻状态有叨关，对分于粗粒阁土，闸随土的貌粒度和华密实度毙增加而梨增加；竹对于细蓝粒土，朝则随土偷的塑性锣指数、裂孔隙比播、饱和少度增大做而增大愉；综合肝文献的耀建议值谢和各类妥土中的米测试结时果，给培出如规远范表所赛列值。数四、关叶于中性厘点的确泛定佣当桩身述穿越厚阀度为搅的可压壤缩土层族，桩端乔设置于遵较坚硬泽的持力偏层时，喉在桩的捎某一深申度茶以上，境土的沉袜降大于豆桩的沉歇降，在猾该段桩乌长内，震桩侧产我生负摩眉阻力；唱在膏以下的烟可压缩妄层内，死土的沉偿降小于汪桩的沉这降，土董对桩产耻生正摩清阻力，妈在增深度处午，桩土怀相对位阶移为零斩，即既腹没有负怒摩阻力穗，又没弄有正摩呼阻力，扎习惯上留称该点常为中性趣点。是边性点处哪桩身轴巾力为最德大。际一般来肉说中性您点的位弱置，在址初期是表有变化图的，中球性点也巧将稳定则在某一蚂固定深犯度馒处。中头性点的肚确定对牛于桩纵因向取值疼有着重痒要意义笋。对于警存在负拒摩阻力污的桩基优础，显海然应自拴中性点澡以下计惊取侧摩愚阻力值绑，中性镜点以上巾不再计宴取侧摩惭阻力值内。因此佳，有效火桩长的抵概念不阀应含中割性点以蚊上的几毫何尺寸润部分。递真正发白挥侧摩壁阻力值亲的有效锐桩长应夜自中性阴点以下领部位，汗至桩身拢变径处枪计取。能五、工狱程实例会1运、工程纵概况糕某营院芦内新建扇办公楼贫扩建工寻程，位香于原办鲁公楼东前西两侧耕，地傍上敲6饥层、框子架结构争，大直辞径灌注它桩基础霜。单桩着荷载效挡应标准砍组合值膏要求满其足占220装0K阅N垃。哗2璃、地层日分布特封征雹地层岩列性自天辩然地表最往下依德次可分浮为杂填映土阿①迅，新近南沉积土掉层：细今砂每②洞、砂质艰粉科土斩②隙1伤、圆伸砾再②娱2贫，一般椅第四纪奶土层：菠粘质粉委土乌③晨1贷、粉质苦粘扶土径③慢2躬及砂质据粉祝土提③塌3状、细航砂铜④糖、卵驾石届⑤慢等：图1真、杂填妖土爪①效：层厚就1.确20恰～懒2.6廊0咳m漠。结构药紊乱，丈欠压密钉。泥2仅、新近抢沉积土战层细警砂挖②婶、砂质概粉撤土野②我1跪：该层铺总厚困度帽3.6抹0够～笛5.6挽0闸m忌。该层照以细前砂茅②掉为主，仙夹砂质兵粉文土询②小1对薄层。灾3娇、一般引第四纪泳土层粘民质粉眼土信③晶1溉、粉质狭粘办土禽③泄2茅决、砂质专粉鼻土谊③盐3敬：层置厚僚1.0侨0蝴～恢2.2议0假m躲。照4谱、细插砂庄④皆：层继厚怕0.8耐0哪～圣3.0扯0匆m剩。嚷5子、卵股石秘⑤寿：厚度略为泡25创.片0孟0堆m锹左右。葛褐灰色桥，稍湿妙，中密五～密实乖状态。明3排、桩基甘础设计桨所需各街土层参滥数如下朴：姑稿匪沉瓶漫润趁桩基础绑设计相拴关参数姨表纲土层名迹称妄q训sik荡(竟Kpa吓)违q检pk拖(夕Kpa时)侵杂填向土形①清细俭砂蹦②公20饲砂质粉云土杰②拐1庆35遥粘质粉兔土蹲③沉1里4限0中粉质粘劫土捎③与2至48减砂质粉授土煌③父3巧60惨细鹅砂朗④团65挥120者0瘦卵挎石吓⑤此110口220存0削注：筝q牢sik第(柱Kpa按)--毅-模桩的极秋限侧阻倍力标准兄值；燃q勺pk答(令Kpa栋)云---旨-避桩的极扫限端阻责力标准趋值。司表中所弟列踢q横pk缓值为大窝直径桩搞(邮D=8角00m总m)浸、机清底干益净对应怕值，扩此底变径饥以下不魔再丽计侧阻疑力值。老督氏览容五桩型骗一状泪铸算博碗睛百狼类育映桩型二码六、计层算结果旱比较姜1兰、不考揭虑负摩蔑阻力的图两种规茎范计算匹结果比撤较塔按国家撞行标《塔建筑桩便基技术削规范》债（摘JGJ池94-旷9毕4动）：译为桩端便土的极茶限承载西力标准芝值；您桩侧各垫层土的视极限侧柴阻力标背准值；翻按本工剪程岩土略工程勘行察报告吊对应的除建议值敢取值，即则：被取犯,踢桩型一趋；貌考虑安恋全系数散为负2涌，则单全桩承载键力标准夜值索R三为冒340名0K汇N除，大于蠢单桩承今载力设奶计案值比220希0K教N闹；孔取姜,梦桩型二辅；客考虑安亚全系数呀为龟2青，则单爪桩承载临力标准撑值脂R介为页508罪4K碰N味，大于逢单桩承冤载力设鞭计蠢值阶220器0K自N棒；植上述二永桩型均协满足单秧桩荷载户要求。牧按北京链市标准闯《北京汉地区大旺直径灌专注桩技锣术规程茂》唉（食DBJ埋01-缴502是-9切9拖）：禾为桩端扶土的承黄载力标垫准值，打取值为君；城为桩周爱土平均劲摩擦力矮标准值锯，对应眠于外侧转倒齿形违护壁考躲虑扒，因桩呢周周围训砂土总励厚度（裹不含新疗近沉积刷土层肺）愁h=1血.60羡M语，则桩租周土摩切擦力修才正系数逆,杜侧：紧桩型一索，碌=27怎74+辰753顺=35外27K牺N>2总200纹K婶N挎；斩桩型二超，查=22醒85+贡332汽3=5容608搂KN>斥220弱0K芬N吗；杂也满足浅单桩荷梅载要求阅。那2偶、负摩琴阻力取呀值筑由于两隶种规范饰或规程吗均限定脖了由于鞭欠固结拉土及新萍近沉积暮土层存辞在于桩僵周产生翼负摩阻懒力可能发产生的攀危害，炊故必须椅考虑负究摩阻力纪带来的超不利影育响，按伏国家行弟标《建社筑桩基馆技术规塘范》薪（忽JGJ懂94-惕9莲4稳）计算杂负摩阻愉力引起杯的下拉色荷载：俘中性点服位置：.晃中性点士位置以鲁上各土拢层引起摧的下拉寻荷载如全下：与=48洲3.0忠K文N见。叫可见桩鉴基础设外计时若毛考虑桩坐周土负及摩阻力奋引起的想下拉荷滩载，其桂对应的权单桩荷辨载效应巧标准组系合值应湾为梅220箭0+4产83=摇268坟3K充N辈≈精270尝0K什N炎。往3美、考虑撇负摩阻题力的两斧种规范加计算结众果比较便在考虑帆桩周土荣负摩阻削力影响开的桩基隆设计中仆，中性卡点以上保土层侧约摩阻力抽值取零洞，且桩套基荷载旱对应的晕包括负拒摩阻力乱引起的樱下拉荷裳载。故据：却按国家哑行标《礼建筑桩丸基技术悬规范》未（版JGJ工94-达9攀4军）：波为桩端反土的极最限承载晓力标准湿值；播桩侧各虾层土的寇极限侧健阻力标改准值；季按本工暖程岩土历工程勘吐察报告速对应的柄建议值伞取值，凤则：罚取芦,粮考虑负吃摩阻力锤影响，鞋确定的棍桩身中营性点以汤上不计历侧摩阻绪力值，皇则桩型撇一白；歇考虑安嫂全系数史为虑2翻，秩R=3茫078倡KN>拨270年0K丛N孔；师取完,鸽考虑负统摩阻力已影响，鸭确定的宴桩身中岔性点以搂上不计合侧摩阻守力值，将则桩型持二堵考虑安搏全系数话为希2饰，法R=5护659覆KN且>27呼00K新N邻；础均满足争荷载要免求。临按北京脆市标准杨《北京遣地区大议直径灌辜注桩技顿术规程亦》情（先DBJ境01-衬502奉-9处9景）：喊为桩端琴土的承肌载力标奇准值，锯较上述君取值稍替高为笛；姿为桩周穗土平均质摩擦力忍标准值听，对应歌于外侧幅倒齿形节护壁考令虑泉，因桩钥周周围柜砂土总句厚度（朵不含新哗近沉积赵土层蒙）圆h=1聚.60财m垒，则桩叔周土摩汗擦力修楚正系数秆,竿侧：剧桩型一省，勇=13跃64+关753冠=21切17K鲁N<2另700集K哪N蜘；炭桩型二书，呀=87孩5+3然323自=41椒98K钱N>2究700伸K电N热；侦通长直做径单桩肠承载力将不满足得要求，笑通过扩钩桩后的遍单桩满普足要求收。乏对于单另桩基础贪，其下句拉荷载欲即为桩断侧负摩岸阻力的啄总和。略对于桩架距较小自的群桩观，其基粥桩的负迎摩阻力首因群桩枪效应而艰降低。复这是由朴于桩侧葱负摩阻身力是由题桩侧土垫体沉降氧而引起避，若群麦桩中各简桩表面锣单位面壶积所分驴担的土晨体重量傍小于单顽桩负摩亚阻力极饶限值，讲将导致健基桩负泊摩阻力缠降低，观即显示瞒群桩效如应。计仆算群桩霜中基桩栽的下拉计荷载时讲，应乘颤以群桩像效应系直数肃。考虑绣负摩阻围力的群漫桩设计口一般按给等效圆言方法计上算其群很桩效应桨系数，凳即独立表单桩单嫌位长度悼的负摩宫阻力由麻相应长体度范围午内半径岔形成的宗土体重剥量与之魂等效，旬得：案以群桩判各基桩膨中心为怕中心，龙以名为半径精作圆，叨由各圆觉的相交墨点作矩左形，矩壁形面积议与圆面口积谜之比，讯即为负餐摩阻力妹群桩效佳应系数置。吐通过此疯式可以输对群桩啊负摩阻吃力进行浴计算取凯值，在辛此不再还赘述。舅八、结哗论堂1烫、由于解桩基础例等深基搭础周围陡存在着齐欠固结决土等力痒学性质灯较差土皇层时，僻会对桩钟基础工筹作产生很危害。然该种土裁层不但口不能为紧桩基础锐提供正隶摩阻力务，相反丝会产生纸负摩阻祥力。负池摩阻力揪一般在臭桩基础己工作过纪程中受再载后，槐有一定后的滞后姿性，因恶此在桩拖基础设亲计时应辆充分考沿虑负摩念阻力可嫌能带来忠的危害却。计2龄、对于讯存在负小摩阻力窝的桩基阶础，单拴桩设计凯时应首替先确定叶合理的里中性点钻。由于宜欠固结茂土层的骨层底至竹中性点惠的距离阀为正摩营阻力常拘规固结裁土，可衣见在进鹿行单桩冷承载力剂计算时咸，可能视滞后产评生的负建摩阻力投被一定挺层厚的滑正摩阻尝力土层撕所抵挡岸。中性羽点以上止存在的梯常规固傲结土所梢提供的貌正摩阻券力被作惑为一种冬安全储熄备计取场在单桩提承载力伞设计值贵之外。英能提供冬正摩阻澡力的桩厌身部分甚自中性李点以下衬至桩身右变径处尘。根3蜂、常规议的有效莲桩长的陈定义指县的是桩障身有效戴长度，府一般自垄承台以哪下至桩扩身变径赖处计取创，但考兔虑负摩俱阻力的抗大直径缘桩，有认效桩长南宜选中帖性点以唇下至桩楼身变径炼范围以牙内的几笨何标注蛾部分。墙中性点穷以上无干论几何峰尺寸多脂长均不贿应定义罗在有效涨桩长范够围以内鸡。它表惨明了考问虑负